合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar；SAR），別名綜合孔徑雷達，是一種利用天線運動，獲得較高分辨率的成像雷達。其能夠全天候工作，有效地識別偽裝和穿透掩蓋物。
1951年6月，美國固特異宇航公司的Carl Wiley首先提出用頻率分析方法改善雷達角分辨率。1978年6月27日，美國航空航天局噴氣推進實驗室（JPL）發射了世界上首顆載有合成孔徑雷達的海洋衛星Seasat-A。美國宇航局在Seasat-A取得巨大成功的基礎上，于1981年11月、1984年10月和1994年4月分別利用航天飛機將Sir-A、Sir-B以及Sir-C/X-SAR三部成像雷達送入太空。歐洲航天局分別于1991年7月和1995年4月，發射了歐洲遙感衛星系列民用雷達成像衛星。2023年8月13日，中國發射了世界首顆進入工程實施階段高軌合成孔徑雷達衛星陸地探測四號01星。2025年4月9日，在國家中華人民共和國國家自然科學基金委員會信息科學部重大項目結題審查會上，中國科學院空天信息創新研究院發布原創成果——SAR微波視覺三維成像理論方法。2025年12月，美國空軍第七架MQ-9A“死神”無人機配備了專為海上領域態勢感知設計的全動態視頻和合成孔徑雷達系統，使美國軍隊及盟國海軍能夠探測和追蹤低可視度船只；同月，完成首飛的中國第一架“九天”大型通用無人機安裝了合成孔徑雷達。
合成孔徑雷達通過發射電磁脈沖和接收目標回波之間的時間差測定距離，其分辨率與脈沖寬度或脈沖持續時間有關，脈寬越窄分辨率越高，它利用雷達與目標的相對運動，通過數據處理方法將尺寸較小的真實天線孔徑合成一個較大的等效天線孔徑。合成孔徑雷達按載體分為星載、機載與無人機載；按工作方式分為帶狀模式、聚束式、掃描模式等；按波束指向和運動方向夾角分為正側視模式、斜視模式、前視模式等；按信號方式劃分為聚焦式與非聚焦式，聚焦通過補償相位差提升分辨率，優于非聚焦處理。合成孔徑雷達主要應用于城建勘測、農業普查、海洋監測、軍事偵察等。
名詞定義
合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar；SAR）別名綜合孔徑雷達，是一種利用雷達技術實現地面成像的系統，其能夠全天候工作，有效地識別偽裝和穿透掩蓋物。
歷史沿革
1951年6月美國Goodyear宇航公司的CarlWiley首先提出用頻率分析方法改善雷達角分辨率的方法。與此同時，美國伊利諾依大學控制系統實驗室獨立用非相參雷達進行實驗，驗證頻率分析方法確實能改善雷達角分辨率。1978年6月27日，美國航空航天局噴氣推進實驗室（JPL）發射了世界上第1顆載有SAR的海洋衛星Seasat-A。該衛星工作在L波段、HH極化，天線波束指向固定，Seasat-A的發射標志著合成孔徑雷達已成功進入從太空對地觀測的新時代。
美國
在Seasat-A取得巨大成功的基礎上，利用航天飛機分別于1981年11月、1984年10月和1994年4月將Sir-A、Sir-B和Sir-C/X-SAR3部成像雷達送入太空。Sir-A是一部HH極化L波段SAR，天線波束指向固定，以光學記錄方式成像，對1000×104km2的地球表面進行了測繪學，獲得了大量信息，其中最著名的是發現了撒哈拉沙漠中的地下古河道，顯示了SAR具有穿透地表的能力，引起了國際學術界的巨大震動。產生這種現象的原因，一方面取決于被觀測地表的物質常數（電導率和介電常數）和表面粗糙度，另一方面，波長越長其穿透能力越強。Sir-B是Sir-A的改進型，仍采用HH極化L波段的工作方式，但其天線波束指向可以機械改變，提高了對重點地區的觀測實效性。Sir-C/X-SAR是在Sir-A，Sir-B基礎上發展起來的，并引入很多新技術，是當時最先進的航天雷達系統：具有L、C和X3個波段，采用4種極化（HH，HV，VH和VV），其下視角和測繪學帶都可在大范圍內改變。
"長曲棍球"（Lacrosse）系列SAR衛星，是當今世界上最先進的軍用雷達偵察衛星，已成為美國衛星偵察情報的主要來源。自1988年12月2日，由美國"亞特蘭蒂斯"號航天飛機將世界上第1顆高分辨率雷達成像衛星"長曲棍球-1（Lacrosse-1）"送入預定軌道后，又分別在1991年3月、1997年10月、2000年8月和2005年4月將Lacrosse-2、Lacrosse-3、Lacrosse-4、Lacrosse-5送入太空，目前在軌工作的有Lacrosse-2~Lacrosse-5。4顆衛星以雙星組網，采用X、L2個頻段和雙極化的工作方式，其地面分辨率達到1m（標準模式）、3m（寬掃模式）和0.3m（精掃模式），在寬掃模式下，其地面覆蓋面積可達幾百km2。
2025年12月23日，美國空軍擴大其在加勒比地區的無人機部署規模，發布的圖像證實第七架MQ-9A“死神”無人機已進駐委內瑞拉周邊波多黎各阿瓜迪拉市的拉斐爾·埃爾南德斯機場。據報道，部署在阿瓜迪亞的“死神”無人機配備了專為海上領域態勢感知設計的全動態視頻和合成孔徑雷達系統，使美國軍隊及盟國海軍能夠探測和追蹤低可視度船只，例如小型潛艇和高速快艇，這些目標通常難以被發現。
歐空局
歐空局分別于1991年7月和1995年4月，發射了歐洲遙感衛星（EuropeanRemoteSensingSatellite，ERS）系列民用雷達成像衛星：ERS-1和ERS-2，主要用于對陸地、海洋、冰川、海岸線等成像。衛星采用法國Spot-I和Spot-Ⅱ衛星使用的MK-1平臺，裝載了C波段SAR，天線波束指向固定，并采用VV極化方式，可以獲得30m空間分辨率和100km觀測帶寬的高質量圖像。Envisat是ERS計劃的后續，由歐洲航天局于2002年3月送入太空的又一顆先進的近極地太陽同步軌道雷達成像衛星。Envisat上所搭載的ASAR是基于ERS-1/2主動微波儀（AMI）建造的，繼承了ERS-1/2AMI中的成像模式和波束模式，增強了在工作模式上的功能，具有多種極化、可變入射角、大幅寬等新的特性，它將繼續開展對地觀測和地球環境的研究。
意大利
2007年6月，由意大利國防部與航天局合作項目的首顆雷達成像衛星Cosmo-Skymed1衛星的發射入軌標志著Cosmo-Skymed星座項目的啟動。COSMO-SkyMed衛星工作在X波段（9.6GHz），具有多極化、多入射角的特性，具備3種工作方式和5種分辨率的成像模式：ScanSAR（100m和30m）、Strip-Map（3m和1.5m）、SpotLight（1m）。其中，Cosmo-Skymed星座是意大利的SAR成像偵察衛星星座，共包括4顆SAR衛星。該星座是與法國Pleiade光學衛星星座配套使用的，兩者均采用太陽同步軌道，作為全球第1個分辨率高達1m的雷達成像衛星星座，Cosmo-Skymed系統將以全天候、全天時對地觀測的能力、衛星星座特有的高重訪周期和1m高分辨率的成像為環境資源監測、災害監測、海事管理及軍事領域等應用開辟更為廣闊的道路。
德國
TerraSAR-X是首顆由德國航空太空中心（DLR）和民營企業EADSAstrium及Infoterra公司根據PPP模式（公-私共建）共同開發的軍民兩用雷達偵察衛星。該衛星于2007年6月15日從拜科努爾航天中心發射升空，運行在515km的近極地太陽同步軌道上，工作在X波段（9.65GHz），具有多極化、多入射角的特性，具備4種工作方式和4種不同分辨率的成像模式：StripMap（單視情況下：距離上3m，方位上3m）、Scan-SAR（4視情況下：距離上15m，方位上16m）、Spot-Light（單視情況下：距離上2m，方位上1.2m）和高分辨SpotLight（單視情況下：距離上1m，方位上1.2m）。SAR-LUPE是德國第1個軍用天基雷達偵察系統，服務于德國聯邦部隊。該衛星系統主要由5顆X波段雷達成像衛星組成星座，分布在3個高度500km的近極地太陽同步軌道面上，其中2個軌道面上將有2顆衛星運行，另一個軌道面上有1顆衛星。每顆衛星都可以穿透黑暗和云層，提供分辨率1m以內的圖像。整個衛星系統，每天可以提供全球從北緯80°到南緯80°地區的30多幅圖像，具有SpotLight和Strip-Map2種工作模式，并且具有星際鏈路能力，縮短了系統響應時間，具備對"熱點"地區每天30次以上的成像能力。
?俄羅斯
1987年7月25日，蘇聯成功發射第1個雷達衛星演示驗證項目Cosmos-1870，在此基礎上，俄羅斯分別于1991年3月31日和1998年將"鉆石"（Almaz）系列雷達成像衛星---Almaz-1和Almaz-1B送入轉軸傾角73°的非太陽同步圓形近地軌道。其中，Almaz-1是一顆對地觀測衛星雷達成像衛星，工作在S波段（中心頻率3.125GHZ），采用單極化（HH）、雙側視工作方式，入射角可變（30°~60°），分辨率達到（10m~15m）。Almaz-1B是一顆用于海洋和陸地探測的雷達衛星，衛星上搭載3種SAR載荷：SAR-10（波長9.6cm，分辨率5m~40m）、SAR-70（波長7cm，分辨率15m~60m）和SAR-10（波長3.6cm、分辨率5m~7m），這3種SAR載荷均采用HH極化方式。此外，俄羅斯還將發射Arkon-2多功能雷達衛星、Kondor-E小型極地軌道雷達衛星。
加拿大航天局
加拿大航天局于1989年開始進行SAR衛星---RadarSat-1的研制，并于1995年11月4日在美國范登堡空軍基地發射成功，1996年4月正式工作，是加拿大的第1顆商業對地觀測衛星，主要監測地球環境和自然資源變化。該衛星運行在780km的近極地太陽同步軌道上，工作在C波段（5.3GHz），采用HH極化方式，具有7種波束模式、25種成像方式。與其他SAR衛星不同，首次采用了可變視角的ScanSAR工作模式，以500km的足跡每天可以覆蓋北極區一次，幾乎可以覆蓋整個加拿大，時間每隔3天覆蓋一次美國和其他北緯地區，全球覆蓋一次不超過5天。RadarSat-2是加拿大繼RadarSat-1之后的新一代商用合成孔徑雷達衛星，它繼承了RadarSat-1所有的工作模式，并在原有的基礎上增加了多極化成像，3m分辨率成像、雙邊（dual-channel）成像和動目標探測（MODEX）。RadarSat-2與RadarSat-1擁有相同的軌道，但是比RadarSat-1滯后30min，縮短了對同一地區的重復觀測周期，提高了動態信息的獲取能力。
中國
中國對SAR的研究起源于20世紀70年代后期，首先是中科院展開了對SAR研究的工作，于1976年建立了中國第一個雷達的實驗室，主要是從事機載SAR成像方面的研究，經過了三年的努力于1979年得到了中國第一張合成孔徑雷達的圖像。該系統主要工作在X波段且沒有采用脈沖壓縮的技術，分辨率可達到180m×30m。1983年中國研制成功了單通道、單極化和單視測的機載合成孔徑雷達系統，此雷達工作在X波段，圖像分辨率為15m×15m。1987年中國成功研制出了多帶條、多極化的機載合成孔徑雷達系統，其工作在X波段，圖像的分辨率為10m×10m。1994年中國成功研制出了機載合成孔徑雷達實時的成像技術的處理器，實現了對已有10m分辨率的機載合成孔徑雷達信號的實時處理。
2020年1月，中國“合成孔徑雷達微波視覺三維成像理論與應用基礎研究”項目啟動，由空天院牽頭，聯合復旦大學、中國科學院自動化研究所、北京大學、北京市遙感信息研究所等單位開展。項目研究目標是建立SAR微波視覺三維成像新理論、新方法、新技術，降低三維成像SAR系統的復雜度，為發展中國新一代三維SAR系統、提升中國SAR系統應用效能奠定理論方法基礎。
2023年8月13日，中國發射的世界首顆進入工程實施階段高軌合成孔徑雷達衛星陸地探測四號01星，經過4次變軌后，順利進入工作軌道，合成孔徑雷達（SAR）天線成功展開，完成了衛星入軌初期飛控試驗主要工作，衛星工況正常，狀態良好，后續將繼續開展在軌測試等工作。
2025年4月9日，在國家自然科學基金委員會信息科學部重大項目“合成孔徑雷達微波視覺三維成像理論與應用基礎研究”項目結題審查會上，中國科學院空天信息創新研究院發布了原創性研究成果合成孔徑雷達（SAR）微波視覺三維成像理論方法。該技術通過引入雷達回波與圖像中的微波視覺三維語義，開創了全新的SAR三維成像技術路徑。相比傳統方法，這一技術大幅減少了三維成像所需的數據采集量，提升了成像精度，實現了高效能、低成本的SAR三維成像，為遙感測繪學和災害監測等領域提供了更有力的技術支撐。
日本
JERS-1衛星于1992年2月11日在Tanegashima中國科學院國家空間科學中心被發射升空，主要用于地質研究、農林業應用、海洋觀測、地理測繪、環境災害監測等。該衛星載有2個完全匹配的對地觀測載荷：有源SAR和無源多光譜成像儀，運行在570km的近極地太陽同步軌道上，入射角固定、單一極化（HH），工作在L波段（中心頻率1.275GHz），分辨率18m。先進陸地觀測衛星（AdvancedLandObservingSatellite，ALOS）于2006年1月24日被送入690km的準太陽同步回歸軌道。ALOS采用高分辨率和微波掃描，主要用于陸地測圖、區域性觀測、災害監測、資源調查等方面。該衛星攜帶了3種傳感器：全色立體測圖傳感器棱柱、新型可見光和近紅外輻射計AVNIR-2和相控陣型L波段合成孔徑雷達PALSAR。該衛星具有多入射角、多極化、多工作模式（高分辨率模式和ScanSAR模式）及多種分辨率的特性，最高分辨率能達到7m。
以色列
TecSAR是以色列國防部的第1顆雷達成像衛星，運行在轉軸傾角為143.3°、高度為550km的太陽同步圓形軌道上，具有多極化（HH、VV、VH、HV）、多種成像模式（StripMap、ScanSAR、SpotLight、馬賽克）及多種分辨率的特性，工作在X波段，最高分辨率可達到1m（SpotLight）。此外，據不完全統計，還有其他很多國家也在大力開展星載雷達的研究，已經發射或即將發射星載SAR的國家及衛星包括：印度的RiSat、中國的"遙感一號"、韓國的"KompSat-5"、阿根廷的"SAOCOM"等。
工作方式
工作原理
合成孔徑雷達是一種利用雷達技術實現地面成像的系統。它與其他大多數雷達一樣，都是通過發射電磁脈沖和接收目標回波之間的時間差測定距離，其分辨率與脈沖寬度或脈沖持續時間有關，脈寬越窄分辨率越高。相比于光學成像技術，SAR可以在任何天氣條件下獲得高分辨率的地面圖像。它利用雷達與目標的相對運動把尺寸較小的真實天線孔徑用數據處理的方法合成一個較大的等效天線孔徑的雷達，因此也被稱為綜合孔徑雷達。
與其它大多數雷達一樣，合成孔徑雷達通過發射電磁脈沖和接收目標回波之間的時間差測定距離，其分辨率與脈沖寬度或脈沖持續時間有關，脈寬越窄分辨率越高。合成孔徑雷達通常裝在飛機或衛星上，分為機載和星載兩種。合成孔徑雷達按平臺的運動航跡來測距和二維成像，其兩維坐標信息分別為距離信息和垂直于距離上的方位信息。方位分辨率與波束寬度成正比，與天線尺寸成反比，就像光學系統需要大型透鏡或反射鏡來實現高精度一樣，雷達在低頻工作時也需要大的天線或孔徑來獲得清晰的圖像。由于飛機航跡不規則，變化很大，會造成圖像散焦。必須使用慣性和導航傳感器來進行天線運動的補償，同時對成像數據反復處理以形成具有最大對比度圖像的自動聚焦。因此，合成孔徑雷達成像必須以側視方式工作，在一個合成孔徑長度內，發射相干信號，接收后經相干處理從而得到一幅電子鑲嵌圖。雷達所成圖像像素的亮度正比于目標區上對應區域反射的能量。總量就是雷達截面積，它以面積為單位。后向散射的程度表示為歸一化雷達截面積，以分貝（dB）表示。地球表面典型的歸一化雷達截面積為：最亮+5dB，最暗-40dB。合成孔徑雷達不能分辨人眼和相機所能分辨的細節，但其工作的波長使其能穿透云和塵埃。
極化方式
合成孔徑雷達發射的電磁波有多種極化方式，如發射和接收都采用水平極化(HH)方式，發射和接收都采用垂直極化(VV)方式，以及發射為水平極化接收為垂直極化(HV)方式、發射為垂直極化接收為水平極化(VH)的交叉極化方式。很明顯，采用多頻段、多極化工作的SAR系統將具有更好的成像質量和目標分辨能力。
信號接收方式
合成孔徑雷達的信號處理采用數字處理方式，采集到的原始數據為一個二維數組。因為雷達一面勻速運動，一面以一定的脈沖重復頻率(PRF)發射并接收線性調頻的脈沖信號，處理器要對接收到的每一個脈沖信號進行采樣，并一排排地存儲起來，這樣就形成了一個二維數組，數組每一行的數據為發射的線性調頻脈沖的各個采樣點的值，每一列的數據為雷達在不同的空間位置處接收到的線性調頻脈沖的相應的采樣點值。這樣，二維數組的行方向就為距離向，列方向為方位角。
工作系統
合成孔徑雷達系統主要包括：基準頻率源、發射機、接收機、天線、相位檢波器、A/D采樣器等部分?；鶞暑l率源產生系統所需的激勵信號，由發射機上變頻至射頻經放大后通過天線發射。天線接收回來的目標脈沖回波經接收機放大后下變頻至中頻，通過正交相位檢波得到視頻信號，視頻信號經A/D采樣后存儲為數字信號。聚焦型合成孔徑的信號處理通過距離向的脈沖壓縮和方位向的匹配濾波可以獲得距離向和方位向兩維的高分辨率圖像。脈沖壓縮技術通常利用發射時寬-帶寬積大的線性調頻脈沖，在接收機里進行匹配濾波處理。此外，由于合成孔徑雷達是一種相干雷達，對頻率和相位穩定性的要求都很嚴格，因此需利用慣性導航系統對飛行器姿態進行控制，記錄姿態參數數據。利用飛行器的姿態參數數據進行成像處理中的運動補償，最終得到合成孔徑雷達圖像。
分類
合成孔徑雷達通常有以下幾種分類方式：
（1）根據雷達載體的不同，合成孔徑雷達可分為星載SAR、機載SAR和無人機載SAR等類型。
（2）根據SAR工作方式的不同，可以分為帶狀模式、聚束式、掃描模式等。帶狀模式時，雷達波束的照射范圍為一與雷達飛行方向平行的帶狀區域;聚束式模式工作時，雷達波束指向可以不斷變化，可以在很長的時間內始終照射同一區域;掃描模式工作時雷達波束能夠迅速地在數個子觀測帶之間轉換。
（3）根據雷達波束指向和雷達運動方向夾角的不同，可將SAR分為正側視模式、斜視模式、前視模式等。正側視時，雷達波束指向和雷達的運動方向垂直;其他方式時，二者均有一個小于90的夾角。
（4）按照信號處理方式劃分，SAR系統又可分為聚焦和非聚焦兩種。聚焦合成孔徑是以目標散射點為圓心，距離R為半徑的圓弧，圓弧上任一點接收到的回波信號都是同相的，經疊加后可獲得高分辨率。但是因為實際雷達飛行路線是直線而不是圓弧，所以成像處理時應該將直線孔徑上各點與圓弧孔徑之間的相位差補償掉，通常將含有這種補償的成像處理叫做聚焦處理，否則就稱為非聚焦處理，顯然，聚焦處理要比非聚焦處理的分辨率高得多。
性能特點
應用
合成孔徑雷達作為一種主動式微波傳感器，具有不受光照和氣候條件等限制實現全天時、全天候對地觀測的特點，甚至可以透過地表或植被獲取其掩蓋的信息。這些特點使其在民用領域具有廣泛的應用前景。
星載SAR受軌道的限制，無法很好地滿足業務化應用對連續覆蓋和快速重復性觀察方面的需求。與之相比，無人機載微型SAR在分辨率、高程精度等性能指標、成本、機動性和可更換性等方面具有很大的優勢。無人機載SAR在城建勘測、農田普查、溢油檢測、艦船監測、立體測繪學和變化檢測已經得到了廣泛而重要的應用。在遙感領域，它可以用于土地資源調查、環境監測、災害預警等。
城建勘測
無人機載SAR可以對建筑物進行精細成像，獲取其結構信息、分布和變化情況，為城建勘察提供基礎數據。
農業普查
無人機載SAR可以準確測量目標區域面積和變化情況，特別是利用極化信息，可以進一步提取地塊種植情況變化。通過遙感技術，能夠實現高效的農業普查。
海洋監測
海洋環境監測包括對海洋災害、海面溢油、海上船舶和沿海灘涂等的監測，無人機載SAR可以在海上不利氣象條件下，實時獲取海面目標的微波散射信息，對中國海監、海事開展執法、維權任務提供有力保障。
立體測繪
利用多次或單次干涉測量，無人機載SAR可以獲取地物的三維高程信息，在地理測繪等領域中具有重要應用。GIS技術領域，它可以用于城市規劃、交通流量監測等；在氣象監測領域，它可以用于降水測量、風場觀測等。
軍事偵察
在軍事偵察領域，它可以用于目標識別、戰場監測等。此外，合成孔徑雷達還可以用于醫學成像、無損檢測等領域。
典型產品
微型合成孔徑雷達具有體積小、質量輕、成本低、多功能，可靈活組合形成多種工作模式等特點，能夠全天候、全天時地獲取遙感數據，能夠滿足無人機飛行平臺搭載的安裝需求，還可以滿足雙裝載、多裝載的多任務平臺的安裝需求，可廣泛應用于國防、地形測繪學、制圖學、海洋研究、農林生態監控、污染和災害估計等領域。
MiniSAR
MiniSAR是美國羅克韋爾柯林斯公司和桑迪亞國家實驗室在2005年以LynxSAR為原型研制的微型合成孔徑雷達，工作在Ku波段，可擴展到X波段及Ka波段，空間分辨率為0.1m?？傎|量為12.3kg，不足LynxSAR的四分之一，體積為LynxSAR的十分之一，探測距離可以達到15km。
MiSAR
MiSAR是德國EADS防務電子公司于2004年研制完成的一種小型化合成孔徑雷達（見圖3-41）。其工作頻率為35GHz，采用調頻連續波技術，在條帶成像模式下，它的覆蓋寬度為500～1000m，分辨率為0.5m，重約4kg，體積僅為1/100m3，功耗低于60W。2006年升級了第二代MiSAR系統，裝備在德國“月神”無人機上。
NanoSAR
2009年4月，英西塔公司試飛了裝備重900g的英西塔/ImSAR公司NanoSAR任務載荷的“掃描鷹”無人機；2009年5月，組合了SAR和光電任務載荷的“掃描鷹”進行了試飛。NanoSAR工作在X和Ku波段，總功耗小于30W，最高分辨率達到0.3m，作用距離達到4km，測繪學帶最寬度大為1km，系統發射功率為1W。
D3160
D3160是中國中科院電子所研制的一種采用連續脈沖新體制的微小型SAR系統，可工作在X或Ku頻段，重量小于4kg，探測距離達到10km，分辨率優于0.3m。D3160于2013年完成了研制，并加裝在三角翼飛機、無人機等飛行器上進行試驗和測試。
參考資料 >
新型合成孔徑雷達三維成像技術發布.中國科學院.2026-01-10
合成孔徑雷達.中國測繪學會.2024-03-09
合成孔徑雷達.江蘇省人民防空辦公室.2024-03-09
國際合作.國家航天局.2026-01-14
美空軍向委內瑞拉周邊部署MQ-9A“死神”無人機.騰訊網.2026-01-14
“空中航母”起飛!“九天”無人機有多強?.澎湃新聞.2026-01-15